电力系统电能质量的提高.doc

电力系统电能质量提高的探讨摘要：电能是国民经济与人民生活的主要能源,它既是一种经济、清洁、实用且容易转换和控制的能源形态,又是一种电力部门向电力用户提供的由发电、供电与用电三方面共同保证质量的特殊商品。那么其就要和其它商品一样,讲究质量。电能质量描述的是通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。近代科技进步促进了生产过程的自动化和智能化,对电能质量提出了更高更新的要求。一个计算机中心失去电源2s就可能破坏几十个小时的数据处理结果或造成几千万的经济损失。在大型机械制造公司,0.1s的电压暂降就可能造成异常的生产状况和质量破坏。现代化的贸易中心、银行、医院也是如此,由此可见电能质量的重要性。 本文分析了宁波市电网及国内一些电网电能质量的现状,对当前引起电力系统电能质量的主要原因作了深入的分析,指出电能质量问题对国民经济与人民生活的严重影响程度,提出了采用先进技术和全面质量管理相结合的方法来治理控制电能质量。技术方面:电压偏差的调整;频率偏差的调整;谐波的抑制;电压波动和闪变的抑制;电压跌落的抑制。关键词：电能质量、无功补偿、电压偏差1绪论虽然人们不断地提及“电能质量”这个术语，但是对电能质量的定义仍未能达成共识。有人认为“电能质量”是“任何明显引起电压、电流或频率偏移并由此导致用户装置故障或误动作的电能问题”。IEC（1000-2-2/4）标准将“电能质量”定义为“供电装置正常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的物理特性”。IEEE Std.1100-1999 将“电能质量”定义为“满足电子装置的运行条件，并能够以一种与主布线系统及其它相关装置相协调的方式驱动、保护电子装置”。不论如何表达，“电能质量”的概念中应包括电能供应中所要考虑的一切方面，这些方面可以分成如下三类： （1）电压和频率的偏差：过电压、欠电压、频率偏差。 （2）电压和电流的波形：电压跌落、电压突升、电压波动和闪变、谐波、三相不对称。 （3）供电连续性：瞬时断电，暂时断电，持续断电。 每一项的定义，按照IEEE Std1159-1995。我国在参考IEC EMC-61000系列标准和IEEE Std 标准后，已经颁布的电能质量系列国家标准有供电电压允许偏差、 电压允许波动和闪变、 公用电网谐波、 三相电压允许不平衡度和电力系统频率允许偏差等五项标准。2电能质量2.1.电能的感念一个理想的电力系统应以恒定的频率(50Hz)和正弦波形,按规定的电压水平(标称电压)对用户供电。在三相交流电力系统中,各相的电压和电流应处于幅值大小相等,相位互差120。的对称状态。由于系统各元件(发电机、变压器、线路等等)参数并不是理想线性或对称的,负荷性质各异且随机变化 ,加之调控手段的不完善以及运行操作、外来干扰和各种故障等原因 ,这种理想状态在实际当中并不存在,而由此产生了电网运行、电气设备和用电中的各种各样的问题,也就产生了电能质量(Power Quality )的概念 。从普遍意义上讲 ,电能质量是指优质供电。但迄今为止,对电能质量的技术含义还存在着不同的认识,这一方面是由于人们看问题的角度不同,如电力企业 可能把电能质量简单地看成是电压(偏差)与频率(偏差)的合格率,并且用统计数字来说明电力系统电能99%是符合质量要求的;电力用户则可能把电能质量笼统地看成是否向负荷正常供电;而设备制造厂家则认为合格的电能质量就是指电源特性完全满足电气设备正常设计工况的需要 ,但实际上不同厂家和不同设备对电源特性的要求可能相去甚远。另一方面 ,对电能质量的认识也受电力系统发展水平的制约 ,特别是用电负荷的性能和结构。2.2电能质量问题 改善电能质量对于电网和电气设备的安全 、经济运行 ,保障产品质量和科学实验以及人民生活和生产的正常等均有重要意义。电能质量直接关系到国民经济的总体效益。因此人们对电能质量问题的重视并非近几年的事,只不过早期对此认识比较简单 ,主要局限在保持电网频率和电压水平(即静态或平均偏差不过大)上。自20世纪80年代 以来 ,随着新型电力负荷迅速发展以及它们对电能质量的要求不断提高 ,电能质量才逐渐成为电力企业和用户共同关心的问题。目前电能质量中某些问题已成为电工领域的前沿性课题,吸引了许多高等院校、科研院所和一大批电力科技工作者投入其中从事开拓性或开发性工作。归纳起来 ,电能质量成为热门课题的主要原因有以下几方面:(1) 为了提高劳动生产率和自动化水平,大量基于计算机系统的控制设备和电子装置投入使用,这些装置对电能质量非常敏感。一个计算中心失去电压2s就可能破坏几十个小时的数据处理结果或者损失几十万美元的产值。当今自动化设备的连续精加工生产 ,不论是变速拖动还是机器人,工作母机还是自动化生产线 ,例如柔性制造系统(FMs)或计算机综合制造系统(CIMS),它们对配电系统中的干扰和异常非常敏感 ,甚至几分之一秒的不正常就可能在工厂内部造成混乱 ,这些用户对不合格电力的容许度可严格到1-2个周波。(2) 现代电力系统中用电负荷结构发生了重大变化,诸如半导体整流器、晶闸管调压及变频调整装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和家用电器等负荷迅速发展,由于其非线性、冲击性以及不平衡的用电特性,使电网的电压波形发生畸变或引起电压波动和闪变以及三相不平衡,甚至引起系统频率波动等,对供电电能质量造成严重的干扰或“污染” 。(3) 电能作为商品在电力市场运行机制下不同的发电公司包括独立电能生产者在发电侧实行竞争 ,输配电系统( 即电力公 司) 与发电分离独立经营管理,为发电公司和用户提供转送电能服务 ,用户侧也可以作为独立实体参加价格控制。这样一个开放和鼓励竞争的运行环境必然对电能质量提出越来越高的要求 ,并促使电能质量标准化的发展和不断完善。3. 提高电能质量的技术治理与控制方法3.1抑制谐波3.1.1谐波污染的影响电力谐波的污染,使得电网电能质量指标恶化,对供配电系统自身以及电力用户造成严重的危害和影响,其表现主要有以下几个方面:（1）影响供配电系统的稳定运行供配电系统中的变压器、电力线路通常采用继电保护措施,在故障情况下(如过载、短路、接地、绝缘损坏等)动作以保障系统和设备的安全。当谐波含量达到40%时,将使电磁式电器和感应式继电器产生误动作;晶体管继电器采用的整流取样电路,也极易受谐波影响,产生拒动或误动。 就是微机保护装置,其信号电路受谐波干扰,既可能产生测量误差,又可能对关键处理模块的正常工作产生影响,从而引起保护装置的误动或拒动。因此,谐波的泛滥,将严 重威胁供配电系统的安全、可靠、稳定运行。（2）增加供配电系统的附加损耗谐波电流在供配电线路上流动,会产生附加损耗。在三相系统中,三根相线上的奇次谐波电流在中性线( N) 或保护中性线( PEN)上会直接相加,导致中性线或保护中性线上的电流值超过相线上的电流值。如果中性线或保护中性线的截面选得过小,将会使其长期过热,损坏绝缘,甚至引起火灾。（3）影响供配电设备和用电设备的正常工作供配电设备和用电设备设计时均以 50Hz正弦波为额定条件,如谐波过大将会导致额定工作点偏移,造成设备的功能不能正常发挥,甚至损坏。如变压器和电动机在谐波的作用下,会产生附加损失、过热、机械振动、噪声及过电压等.电力电容器、电抗器和电力电缆等在谐波过大时,产生过热,甚至烧毁。断路器、自动开关、接触器等开关设备在谐波下也会降低其断流能力。（4）对其他系统的干扰谐波对弱电系统(如计算机网络系统、电话系统、有线电视传输系统、楼宇自动化系统、消防报警系统等)影响也很大。电力线路通过电磁感应、静电感应和传导三种方式耦合到上述系统而产生干扰。3.1.2抑制谐波的措施（1）装设LC滤波器LC 滤波器是传统的谐波补偿装置。它就近吸收谐波源产生的谐波电流,使之不注入电网。LC滤波器又称调谐滤波器,是由电抗器L和电容器C组成串联谐振电路,一般采用三相星形连接,其缺点只能补偿固定频率的谐波。（2）设置有源滤波器有源滤波器(APF)是近年来发展迅速的新技术,它采用实时检测的闭环运行方式,使得有源滤波器能动态抑制谐波并能补偿大小和频率都变化的谐波。因其显著之优点,使之成为未来谐波补偿的发展方向。（3）采用D,Y11联接组别变压器由于变压器的一次侧采用v形联接,3的奇次谐波在原边v绕组内形成环流,不至于将谐波电流注入电网,有利于抑制谐波对公共电网的污染。（4）增大TN-S、TN-C、TN-S-C 中性线的截面低压供配电系统中大多数为单相用电设备,它们是功率小而数量多的谐波源,其谐波补偿又不便于分散进行。因此在选用 TN-S、TN-C、TN-S-C中性线(N)或保护中性线( PEN)的截面时,应充分考虑到谐波电流在中性线上直接相加而超过相线电流的情况,其N 线或 PEN 线的截面不宜小于相线截面；其以气体放电灯为主要负荷的回路中,N 线截面不应小于相线截面；采用晶闸管调光的三相四线或二相三线配电线路,其N线或 PEN 线截面不应小于相线截面的2倍。（5）采用新型整流电路研制新型高功率因数、低谐波率的整流电路和控制方式成为当务之急。目前,已有PWM整流器和带斩波器的二极管整流电路等新型整流电路在各种开关电源中使用,这将是以从根本上抑制谐波产生的方法。3.2电压偏差的调整3.2.1电压偏差又称电压偏移，指供配电系统改变运行方式和负荷缓慢地变化使供配电系统各点的电压也随之变化，各点的实际电压与系统的额定电压之差称为电压偏差。它是电能电压质量的重要指标，根据国家标准GBl232590电能质量、供电电压允许偏差的规定。电压偏差超过允许偏差时就要进行电压调节，以保证电能质量，具体允许偏差如表1所示。电压偏差是由于供配电系统运行方式改变及负荷变化而引起的。3.2.2电压偏差对设备运行的影响 （1）对感应电动机的影响由于转矩与端电压平方成正比(MU2)，端电压偏低时，不仅电动机起动困难，负荷电流增大，引起过热，缩短电机的寿命，而且转速下降，会降低生产效率，减少产量，影响产品质量。电机端电压偏高，其负荷电流和温升也将增加，绝缘受损加剧，也会缩短寿命。（2）对同步电动机的影响 当同步电动机的端电压偏高或偏低时,其转速虽然保持不变,但因转矩与电压平方成正比(MU2)，所以会对转矩、负荷电流和温升产生不利影响。（3）对电光源的影响 电压偏差对白炽灯的影响最为显著，端电压偏低时，光源效率将下降，照度降低，影响视力,荧光灯不易起动。端电压偏高，其使用寿命将大大缩短。3.2.3电压偏差的原因影响电压偏差的原因有：（1） 供电距离超过合理的供电半径。 （2） 供电导线截面选择不当,电压损失过大。 （3） 线路过负荷运行。 （4） 用电功率因数过低，无功电流大，加大了电压损失。 （5） 冲击性负荷、非对称性负荷的影响。 （6） 调压措施缺乏或使用不当，如变压器分头摆放位置不当等。 （7） 用电单位装用的静电电容器补偿功率因数没采用自动补偿。3.2.4电压偏差的调整对于电力用户的供配电系统，电压偏差调节主要从降低线路电压损失和调整变压器分接头两方面入手。1.减少线路电压损失合理地减少系统的阻抗，减少系统的变压级数，增大导线或电缆的截面积，尽量保持系统三相平衡，使高压线路深入负荷中心，采用多回路并联供电，设置无功补偿装置及串联电容器补偿供电线路电抗等方法，可以降低系统阻抗，减少电压损失。2.合理选择变压器的分接头在用户降压的变电所中，变压器一次及电压器中电压损失随负荷的大小而变，若变压器高压侧的实际电压，在最大负荷时为，最小负荷为，变压器中归算到高压侧的电压损失在最大负荷时为，最小负荷为，则变压器低压侧的实际电压在最大和最小负荷下分别为设在最大负荷时，要求变压器二次电压不低于，在最小负荷是不高于，则有：最大负荷时 最小负荷时 和分别为最大负荷和最小负荷下对分接头电压的要求，应就近选取标称值。如果减压变压器为普通变压器，则不能在带电的情况下改变分接头，这时只能采取与和的平均值相接近的分接头后再作校验。在电力用户中供电系统内部采取合理调压措施后，根据实际情况，必要时也可以采用有载调压变压器直接进行调压4.总结随着高新技术的发展和电力市场的完善，电能质量的重要性不言而喻，这关系到供电企业、用户和设备生产厂家的利益。目前提出的或正在研制的新型补偿装置为解决电能质量问题创造了条件，但对电能质量问题的认识与研究，在一定意义上讲